超音波傳遞速率:聲音速度與介質的關係


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超音波傳遞速率:聲音速度與介質的關係

皮膚科  王修含 醫師 (台大皮膚科 皮膚高頻超音波特別門診負責醫師)

超音波的傳遞速率取決於音波行經的介質,與超音波本身的頻率無關。介質的質量、分子空間分布,以及此物質成分間彼此的吸引力,會影響超音波的進行,例如在較緻密的骨骼、金屬中,聲速可達每秒3000公尺以上,但在質地較鬆軟的空氣、水等可壓縮性物質中,聲速分別僅達每秒300與1480公尺。一般的生物組織,如皮膚、肌肉、肝臟、腎臟、血液等,由於大約有70%的組成是水分,所以超音波的速率與水中音速相近,約為每秒1500至1600公尺之間。

超音波經過不同的物質時,例如由皮膚進入肌肉,或由肌肉進入骨骼時,由於聲速的差異,音波會出現反射現象,但超音波的頻率則不受反射現象的影響。超音波探頭可接收此反射信號,經過影像處理而產生超音波的檢查圖片,因此,介質中的超音波傳播速率會影響超音波影像結果。

圖:手指靜脈湖(venous lake)之皮膚超音波影像,由於超音波在水、表皮、真皮、病灶、骨骼處的聲速皆不同,故可產生複雜的聲波反射信號,經高頻超音波探頭接收後,經過儀器的影像處理而產生右圖的超音波影像圖片。(攝於台大皮膚科皮膚高頻超音波特別門診)

以下為超音波在不同介質中的傳遞速率:

介質

音速(m/sec)

空氣

330

肺部

500

1480

腦部

1540

角質層(Stratum corneum)

1550

表皮(Epidermis)

1540

真皮(Dermis)

1580

皮下組織/脂肪層(Subcutis/ fat)

1440

整層皮膚平均值

1577

肝臟

1550

腎臟

1560

血液

1570

肌肉

1580

眼球水晶體(Lens)

1620

骨骼

4000

金屬

3000 – 6000

註:超音波於全層皮膚內的平均速率約1577 m/s

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